水吸收二氧化硫過程填料塔項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1 水吸收二氧化硫過程填料塔 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 第 1 章 緒論 收技術(shù)概況 在化學(xué)工業(yè)中，利用不同氣體組分在液體溶劑中的溶解度的差異，對(duì)其進(jìn)行選擇性溶解，從而將混合物各組分分離的傳質(zhì)過程稱為吸收。氣體吸收過程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作，其基本原理是利用混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作。 實(shí)際生產(chǎn)中，吸收過程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來說，完整的吸收過程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分，因而在設(shè)計(jì)上應(yīng)將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。作為吸收過程的工藝設(shè) 計(jì)，其一般性問題是在給定混合氣體處理量、混合氣體組成、溫度、壓力以及分離要求的條件下，完成以下工作： （ 1）根據(jù)給定的分離任務(wù)，確定吸收方案； （ 2）根據(jù)流程進(jìn)行過程的物料和熱量衡算，確定工藝參數(shù)； （ 3）依據(jù)物料及熱量衡算進(jìn)行過程的設(shè)備選型或設(shè)備設(shè)計(jì)； （ 4）繪制工藝流程圖及主要設(shè)備的工藝條件圖； （ 5）編寫工藝設(shè)計(jì)說明書。 收過程對(duì)設(shè)備的要求及設(shè)備的發(fā)展概況 近年來隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模的吸收設(shè)備已經(jīng)廣泛用于實(shí)際生產(chǎn)過程中。對(duì)于吸收過程，能夠完成分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種，如何從眾多的塔設(shè)備中選 擇合適類型是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則需對(duì)吸收過程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)多方面對(duì)比方能得到滿意的結(jié)果。一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求，用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，便于安裝、操作和維修等。 2 但是吸收過程，一般具有液氣比大的特點(diǎn)，因而更適用填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過程節(jié)能。所以對(duì)于吸收過程來說，以采用填料塔居多。近年來隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模的吸收 設(shè)備已經(jīng)廣泛用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。具有了很高的吸收效率，以及在節(jié)能方面也日趨完善。填料塔的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容是在明確了裝置的處理量，操作溫度及操作壓力及相應(yīng)的相平衡關(guān)系的條件下，完成填料塔的工藝尺寸及其他塔內(nèi)件設(shè)計(jì)。在今后的化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)中，對(duì)吸收設(shè)備的要求及效率將會(huì)有更高的要求，所以日益完善的吸收設(shè)備會(huì)逐漸應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中。 收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 收的應(yīng)用概況 在化工生產(chǎn)中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體保護(hù)環(huán)境等方面得到了廣泛的應(yīng)用，在研究和開發(fā)過程中，在方法上多從吸收過程的 傳質(zhì)速率著手，希望在整個(gè)設(shè)備中，氣液兩相為連續(xù)微分接觸過程，這一特點(diǎn)則與填料塔得到了良好的結(jié)合，由于填料塔的通量大，阻力小，使得其在某些處理量大要求壓降小的分離過程中備受青睞，尤其近年高效填料塔的開發(fā)，使得填料塔在分離過程中占據(jù)了重要的位置。吸收在化工的應(yīng)用大致有以下幾種： （ 1） 原料氣的凈化。 （ 2） 有用組分的回收。 （ 3） 某些產(chǎn)品的制取。 （ 4） 廢氣的處理。 型吸收過程 煤氣脫苯為例 :在煉焦及制取城市煤氣的生產(chǎn)過程中，焦?fàn)t煤氣內(nèi)含有少量的苯、甲苯類低碳?xì)浠衔锏恼羝s 35 3/應(yīng)予以分離回收，所用的吸收溶劑為該工業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，即焦煤油的精制品稱為洗油。 回收苯系物質(zhì)的流程包括吸收和解吸兩個(gè)大部分。含苯煤氣在常溫下由底部進(jìn)入吸收塔，洗油從塔頂淋入，塔內(nèi)裝有木柵等填充物。在煤氣與洗油接觸過程中，煤氣中的苯蒸汽溶解于洗油，使塔頂離去的煤氣苯含量降至某允許值 ( 3/2 ，而溶有較多苯系物質(zhì)的洗油 (稱富油 )由吸收塔底排出。為取出富油中的苯并使洗油能夠再次使用 (稱溶劑的再生 )，在另一個(gè)稱為解吸塔的設(shè)備中進(jìn)行與吸收相反的操作 此，可先將 3 富油預(yù)熱到 170 C 左右由解吸塔頂淋下，塔底通入過熱水蒸氣。洗油中的苯在高溫下逸出而被水蒸氣帶走，經(jīng)冷凝分層將水除去，最終可得苯類液體（粗苯），而脫除溶質(zhì)的洗油（稱貧油）經(jīng)冷卻后可作為吸收溶劑再次送入吸收塔循環(huán)使用 章 設(shè)計(jì)方案 吸收過程的設(shè)計(jì)方案主要包括吸收劑的選擇、吸收流程的選擇、解吸方法選擇、設(shè)備類型選擇、操作參數(shù)的選擇等內(nèi)容 02屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且 故采用純?nèi)軇?收方法及吸收劑的選擇 收方法 完成同一吸收任務(wù)，可選用不同吸收劑，從而構(gòu)成了不同的吸收方法，如以合成氨廠變換器脫 為例，若配合焦?fàn)t氣為原料的制氫工藝，宜選用水，碳酸丙烯酯，冷甲酸等作吸收劑，既能脫 能脫除有機(jī)雜質(zhì)。后繼配以堿洗和低溫液氨洗構(gòu)成了一個(gè)完整的凈化體系，若以天然氣為原料制 ，宜選用催化熱碳酸鉀溶液作吸收劑，凈化度高。后繼再配以甲烷化法，經(jīng)濟(jì)合理。其中，前者為物理吸收，后者則為化學(xué)吸收。一般而言，當(dāng)溶劑含量較低，而要求凈化度又高時(shí)， 宜采用化學(xué)吸收法；若溶質(zhì)含量較高，而凈化度又不很高時(shí)，宜采用物理吸收法。 收劑的選擇 對(duì)于吸收操作 ,選擇適宜的吸收劑 ,具有十分重要的意義 一般情況下 ,選擇吸收劑 ,要著重考慮如下問題 . (一 )對(duì)溶質(zhì)的溶解度大 所選的吸收劑多溶質(zhì)的溶解度大 ,則單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì) ,在一定的處理量和分離要求下 ,吸收劑的用量小 ,可以有效地減少吸收劑循環(huán)量 ,這對(duì)于減少過程功耗和再生能量消耗十分有利 在同樣的吸收劑用量下 ,液相的傳質(zhì)推動(dòng)力大 ,則可以提高吸收效 率 ,減小塔設(shè)備的尺寸 . (二 )對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性 對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性 ,即要求選用的吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度 ,而對(duì)其他組分則溶解度要小或基本不溶 ,這樣 ,不但可以減小惰性氣體組分的損失 ,而且可以提高解吸后溶質(zhì)氣體的純度 . (三 )不易揮發(fā) 吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸氣壓 ,以避免吸收過程中吸收劑的損失 ,提高吸收過程的經(jīng)濟(jì)性 . 5 (四 )再生性能好 由于在吸收劑再生過程中 ,一般要對(duì)其進(jìn)行升溫或氣提等處理 ,能量消耗較大 ,因而 ,吸收劑再生性能的好壞 ,對(duì)吸收過程能耗的影響極大 ,選用具有良好再生性能的吸收劑 ,往往能 有效地降低過程的能量消耗 . 以上四個(gè)方面是選擇吸收劑時(shí)應(yīng)考慮的主要問題 ,其次 ,還應(yīng)注意所選擇的吸收劑應(yīng)具有良好的物理、化學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性 不易發(fā)泡 ,以保證吸收劑具有良好的流動(dòng)性能和分布性能 以防止在使用中發(fā)生變質(zhì) ,同時(shí)要求吸收劑盡可能無毒、無易燃易爆性 ,對(duì)相關(guān)設(shè)備無腐蝕性 (或較小的腐蝕性 ) 表 2 1 物理吸收劑和化學(xué)吸收劑的特性 物理吸收劑 化學(xué)吸收劑 （ 1）吸收容量 （溶解度）正比于溶質(zhì)分壓 （ 2）吸收熱效應(yīng)很?。ń诘葴兀?（ 3）常用降壓閃蒸解吸 （ 4）適于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不太高的場(chǎng)合 （ 5）對(duì)設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì) （ 1）吸收容量對(duì)溶質(zhì)分壓不太敏感 （ 2）吸收熱效應(yīng)顯著 （ 3）用低壓蒸汽氣提解吸 （ 4）適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場(chǎng)合 （ 5）對(duì)設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì) 收工藝的流程 收工藝流程的確定 工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同角度進(jìn)行分類，從所選用的吸收劑的種類看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和使用兩種吸收劑的兩步 吸收流程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程和多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相的流向可分為逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環(huán)流程。 （一）一步吸收流程和兩步吸收流程 一步流程一般用于混合氣體溶質(zhì)濃度較低，同時(shí)過程的分離要求不高，選用一種吸收劑即可完成任務(wù)的情況。若混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收達(dá)到規(guī)定的吸收要求，但過程的操作費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)性的角度分析不夠適宜時(shí)，可以考慮采用兩步吸收流程。 （二）單塔吸收流程和多塔吸收流程 6 單塔吸收流程是吸收 過程中最常用的流程，如過程無特別需要，則一般采用單塔吸收流程。若過程的分離要求較高，使用單塔操作時(shí)，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時(shí)，則需要采用多塔流程（通常是雙塔吸收流程） （三）逆流吸收與并流吸收 吸收塔或再生塔內(nèi)氣液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有傳質(zhì)推動(dòng)力大，分離效率高（具有多個(gè)理論級(jí)的分離能力）的顯著優(yōu)點(diǎn)而 廣泛應(yīng)用。工程上，如無特別需要，一般均采用逆流吸收流程。 （四）部分溶劑循環(huán)吸收流程 由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當(dāng)液相噴淋量過小時(shí)，將降低填料塔的 分離效率，因此當(dāng)塔的液相負(fù)荷過小而難以充分潤濕填料表面時(shí)，可以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善踏的操作條件。 收工藝流程圖 作參數(shù)的選擇 作溫度的選擇 對(duì)于物理吸收而言 ,降低操作溫度 ,對(duì)吸收有利 所以一般情況下 ,取常溫吸收較為有利 對(duì)于化學(xué)吸收 ,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定 ,既要考慮溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的影響 ,也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的影響 ,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度 . 對(duì)于再生操作 ,較高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度 ,因而有利于吸收劑的再生 . 作壓力的選擇 對(duì)于物理吸收 ,加壓操作一方面有利于提高吸收過程的傳質(zhì)推動(dòng)力而提高過程的傳質(zhì)速率 ,另一方面 ,也可以減小氣體的體積流率 ,減小吸收塔徑 但工程上 ,專門為吸收操作而為氣體加壓 ,從過程的經(jīng)濟(jì)性角度看是不合理的 ,因而若在前一道工序的壓力參數(shù)下可以進(jìn)行吸收操作的情況下 ,一般是以前道工序的壓力作為吸收單元的操作壓力 . 對(duì)于化學(xué)吸收 ,若過程由質(zhì)量傳遞過程控制 ,則提高操作壓力 有利 ,若為化學(xué)反應(yīng)過程控制 ,則操作壓力對(duì)過程的影響不大 ,可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)確定吸收操作壓力 ,但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積流率 ,對(duì)減小塔徑仍然是有利的 . 對(duì)于減壓再生 (閃蒸 )操作 ,其操作壓力應(yīng)以吸收劑的再生要求而定 ,逐次或一次從吸收壓力減至再生操作壓力 ,逐次閃蒸的再生效果一般要優(yōu)于一次閃蒸效果 . 收因子的選擇 吸收因子 A 是一個(gè)關(guān)聯(lián)了氣體處理量 G ,吸收劑用量 L 以及氣液相平衡常數(shù) m 的綜合的過程參數(shù) . A 式中 G . 吸收因子的值的大小對(duì)過程的經(jīng)濟(jì)性影響很大 ,選取較大的吸收因子 ,則過程的設(shè)備費(fèi)用降低而操作費(fèi)用升高 ,在設(shè)計(jì)上 ,兩者的數(shù)值應(yīng)以過程的總費(fèi)用 最低為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后確定 吸收操作的目的不同 ,該值也有所不同 高溶質(zhì)的回收率為目的 ,則 A 值宜在 間 ,一般情況可近似取 A = A 值可以取小于 或氣提氣用量 )的方法是利用求過程的最小液氣比 (對(duì)于再生過程求最小氣液比 ),進(jìn)而確定適宜的液氣比 ,即 )()()(2121m X m ( e 11 對(duì)于低濃度氣體吸收過程 ,由于吸收過程中氣液相量變化較小 ,則有 )( )()( 21 21m in xx e m (1 收塔設(shè)備及填料的選擇 收塔的設(shè)備選擇 對(duì)于吸收過程 ,能夠完成其分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種 ,如何從眾多的塔設(shè)備中 選出合適的類型是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的首要工作 并經(jīng)多方案對(duì)比方能得到較滿意的結(jié)果 吸收用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求 ,即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量 ,塔板或填料層阻力要小 ,具有良好的傳質(zhì)性能 ,具有合適的操作彈性 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,造價(jià)低 ,易于制造、安裝、操作和維修等 . 但作為吸收過程 ,一般具有操作液起比大的特點(diǎn) ,因而更適用于填料塔 填料塔阻力小 ,效率高 ,有利于過程節(jié)能 ,所以對(duì)于吸收過程來說 ,以采用填料塔居多 濕填料 ,或塔徑過大 ,使用填料塔不經(jīng)濟(jì)的情況下 ,以采用板式塔為宜 . 9 料的選擇 各種填料的結(jié)構(gòu)差異較大，具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在使用上應(yīng)根據(jù)具體情況選擇不同的塔填料。在選擇塔填料時(shí)，應(yīng)該考慮如下幾個(gè)問題： (1) 選擇填料材質(zhì) 選擇填料材質(zhì)應(yīng)根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質(zhì)以及操作溫度而定，一般情況下，可以選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對(duì)于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采用相應(yīng)的抗腐蝕性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不銹鋼等，對(duì)于溫度較高的情況，應(yīng)考慮材料的耐溫性能。 (2) 填料類型的選擇 填料類型的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的 問題。一般來說，同一類填料塔中，比表面積大的填料雖然具有較高的分離效率，但是由于在同樣的處理量下，所需要的塔徑較大，塔體造價(jià)升高。 （ 3）對(duì)于水吸收 作、溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用所了散裝填料。在所了散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用 10 第 3 章 吸收塔工藝的計(jì)算 3 吸收塔的工藝計(jì)算 礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 體物料數(shù)據(jù) 對(duì)低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查的，20 時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度： 3L m= 粘度： h)3 g/ ( 0 0 1 P 表面張力： n/ 940896kg/水中擴(kuò)散系數(shù)為 / 2 9/ 4 7D 2 相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 0 0 7 6 4 . 0 6 0 9 3 2 9 3 1 . 4 5 /y i M i . . k g k m o l 混合氣體的平均密度 31 0 1 . 3 3 1 . 4 5 1 . 2 8 6 /8 . 3 1 4 2 7 3 2 5M K g 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手 冊(cè)得 25 空氣度為51 . 8 1 1 0 . 0 . 0 6 5 ( )P a s k g m h 查手冊(cè)得二氧化硫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 220 . 1 0 8 / 0 . 0 3 9 /vD c m s m h液相平衡數(shù)據(jù) 由手冊(cè) 查 得，常壓下 25時(shí)， 二氧化硫在水中的亨利常數(shù)為 33 . 5 5 1 0E k P a 相平衡常數(shù)為 33 . 5 5 1 0 3 5 . 0 41 0 1 . 3 溶解度系數(shù)為 11 339 9 8 . 2 0 . 0 1 5 6( . )3 . 5 5 1 0 1 8 . 0 2L S k m o lH k p a 料衡算 進(jìn)塔氣相摩爾比為 10 . 0 7 / ( 1 0 . 0 7 ) 0 . 0 7 5 31 y y 出塔氣相摩爾比為 21 ( 1 ) 0 . 0 7 5 3 ( 1 0 . 9 5 ) 0 . 0 0 3 7 7 進(jìn)塔惰性氣相流量為 3 2 0 0 2 7 3V ( 1 0 . 0 7 ) 1 2 1 . 7 12 2 . 4 2 7 3 2 5 k m o 該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣量比可按下式計(jì)算，即 12m i / m X 對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為 2 0Xm i n 0 . 0 7 5 3 0 . 0 0 3 7 7( ) 3 3 . 2 90 . 0 7 5 3 / 3 5 . 0 4 0取操作液氣比為： 1 . 4 3 3 . 2 9 4 6 . 6 1 4 6 . 6 1 1 2 1 . 7 1 5 6 7 2 . 9 0 /L k m o l h 1 2 1 2( ) ( )V Y Y L X X 1212 2 1 . 7 1 ( 0 . 0 7 5 3 - 0 . 0 0 3 7 7 ) 0 . 0 0 1 5L 5 6 7 2 . 9 0 徑計(jì)算 采用 過關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速 氣相質(zhì)量流量為 2 0 0 1 . 3 1 0 4 1 1 5 . 2 k g / h 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即 12 6 7 2 . 9 0 1 8 1 0 2 1 1 2 . 2 k g / h 過關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為 0 . 5 0 . 51 0 2 1 1 2 . 2 1 . 3 1 0( ) ( ) 0 . 8 9 14 1 9 2 9 9 8 . 2 查圖得2 0 . 2 0 . 0 3 2 查表 填料類型 填料因子 ,1/m 屬階梯環(huán) 160 140 塑料鮑爾環(huán) 550 280 184 140 92 塑 料階梯環(huán) 260 170 127 13 瓷距鞍 1100 550 200 226 瓷拉西環(huán) 1300 832 600 410 得： 70m 0 . 2 0 . 20 . 0 2 4 0 . 0 3 2 9 . 8 1 9 9 8 . 21 . 1 9 7 /1 7 0 1 1 . 3 1 0 1 V m s 取0 . 7 u 0 . 7 1 . 1 8 0 . 8 4 0 m / s 由 4 4 3 2 0 0 / 3 6 0 0 1 . 1 63 . 1 4 0 . 8 4 0 圓整塔徑，取 D 泛點(diǎn)率校核： 224 4 3 2 0 0 / 3 6 0 0 0 . 7 8 6 /3 . 1 4 1 . 2m 0 . 7 8 61 0 0 % 6 5 . 5 6 %1 . 1 9 7 (在允許的范圍內(nèi) ) 填料規(guī)格校核： 填料類型 公稱直徑厚/隙率 個(gè)數(shù)積密度kg/填料因子料階梯環(huán) 25 2528 90% 81500 12 38 38 19 10 1% 27200 75 50 50 25 10740 43 76 76 38 0 3420 12 14 1200 3 1 . 5 8 838 液體噴淋密度校核： 取最小潤濕速率為 h/0 8 m)(L 3m 查附錄五 得 ： 32t /ah/ . 6 2 . 50 . 0 8)( 23m i nm i n tw m i 1 0 2 1 1 2 . 2 / 9 9 8 . 29 0 . 5 00 . 7 8 5 1 . 24 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 1200 合理。 料層高度計(jì)算 *11Y = m X = 3 5 . 0 4 0 . 0 0 1 5 = 0 . 0 5 2 60Y 2*2 脫吸因數(shù)為 3 5 . 0 4 1 2 1 . 7 10 . 7 5 25 2 7 2 . 9 0 質(zhì)單元 高度)1(11*22*21 G 1 0 . 0 7 5 3 0l n ( 1 0 . 7 5 2 ) 0 . 7 5 2 7 . 0 2 21 0 . 7 5 2 0 . 0 0 3 7 7 0 =相總傳質(zhì)單元高 度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算 )()()()(x p 查表 得 常見材質(zhì)的臨界表面張力值 材質(zhì) 碳 瓷 玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 鋼 石蠟 表面張力， 56 61 73 33 40 75 20 15 ： 2/4 2 7 6 8 0/33 液體質(zhì)量通量為 221 0 2 1 1 2 . 29 0 3 3 2 . 8 0 / ( )0 . 7 8 5 1 . 2LU k g m h 0 . 7 5 0 . 14 2 7 6 8 0 9 0 3 3 2 . 8 01 e x p 1 . 4 5 ( ) ( )9 4 0 8 9 6 1 3 2 . 5 3 . 6 220 . 0 5 0 . 2289 0 3 3 2 . 8 0 1 3 2 . 5 9 0 3 3 2 . 8 0( ) ( ) 0 . 6 3 19 9 8 . 2 1 . 2 7 1 0 9 9 8 . 2 9 4 0 8 9 6 1 3 2 . 5 氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： )()()(2 3 氣體質(zhì)量通量為： 223 2 0 0 1 . 2 8 63 6 4 0 . 4 8 / ( )0 . 7 8 5 1 . 2VU k g m h 0 . 7 1 33 6 4 0 . 4 8 0 . 0 6 5 1 3 2 . 5 0 . 0 3 90 . 2 3 7 ( ) ( ) ( )1 3 2 . 5 0 . 0 6 5 1 . 3 1 0 0 . 0 3 9 8 . 3 1 4 2 9 8 20 . 0 3 8 0 / ( )k m o l m h k P a 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： 312132 )()()(0 0 9 k 82 3 1 2 1 369 0 3 3 2 . 8 0 3 . 6 3 . 6 1 . 2 7 1 00 . 0 0 9 5 ( ) ( ) ( )0 . 6 3 1 1 3 2 . 5 3 . 6 9 9 8 . 2 5 . 2 9 1 0 9 9 8 . 2 由 GG ， 常見填料的形狀系數(shù) 填料類型 球形 棒形 拉西環(huán) 弧鞍 開孔換 值 ： 則 GG 16 1 . 1 30 . 0 3 8 0 0 . 6 3 1 1 3 2 . 5 1 . 4 5 4 . 7 8 1 / ( )k m o l m h k P a 0 . 41 . 2 5 7 0 . 6 3 1 1 3 2 . 5 1 . 4 5 1 2 1 . 9 3 / 6 5 . 5 6 % 5 0 % 由 ), , 得 1 . 4 31 9 . 5 ( 0 . 6 5 5 6 0 . 5 ) 4 . 7 8 1 8 . 1 3 9 ( )Gk a k m o l m h k P a 2 . 21 2 . 6 ( 0 . 6 5 5 6 0 . 5 ) 1 2 1 . 9 3 1 2 7 . 2 2 /Lk a l h 則 11131 1 . 5 9 6 / ( )118 . 1 3 9 0 . 0 1 5 6 1 2 7 . 2 2k m o l m h k P a 由 H 1 . 7 1 0 . 6 6 61 . 5 9 6 1 0 1 . 3 0 . 7 8 5 1 . 2m 由 0 . 6 6 6 7 . 0 2 2 4 . 6 7 7O G O N 1 . 2 5 4 . 6 7 7 5 . 8 4 6 料層 填料層高度 計(jì)算 6 查表可得 填料類型 h/D 西環(huán) 4m 17 矩鞍 58 6m 鮑爾環(huán) 510 6m 階梯環(huán) 815 6m 環(huán)矩鞍 815 6m 對(duì)于階梯環(huán)填料， ， h/D=815,6 h/D=8，則 h=8 1200 9600算得填料層高度為 6000不需要分段。 料層壓降 P 計(jì)算 采用 用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降。 橫坐標(biāo)為 0 . 5 0 . 51 0 2 1 1 2 . 2 1 . 2 8 6( ) ( ) 0 . 8 9 04 1 1 5 . 2 9 9 8 . 2 查表 8 17 得， 1116 縱坐標(biāo)為 2 20 . 2 0 . 20 . 8 4 0 1 1 6 1 1 . 2 8 6 1 0 . 0 1 0 79 . 8 1 9 9 8 . 2 查表 5 18 散裝填料壓降填料因子平均值 填料類型 填料因子， 1/m 屬鮑爾環(huán) 306 114 98 金屬環(huán)矩鞍 138 1 36 金屬階梯環(huán) 118 82 塑料鮑爾環(huán) 343 232 114 125 62 塑料階梯環(huán) 176 116 89 瓷矩鞍環(huán) 700 215 140 160 瓷拉西環(huán) 1050 576 450 288 得： 18 2 8 9 . 8 1 2 7 4 . 6 8 /P P a 填料層壓降為 2 7 4 . 6 8 6 1 6 4 8 . 0 8P P a 體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì) 1 選型 該吸收塔相負(fù)合較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液體分布器 布點(diǎn)密度計(jì)算 按 議值， D 1200 時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為 42點(diǎn) /該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為 120 點(diǎn) /布液 點(diǎn) 數(shù)為 20 . 7 8 5 1 2 0 1 . 2 1 3 5 . 6 1 3 6n 個(gè) 按分布點(diǎn)幾何均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)槽共設(shè)七道，在槽 側(cè)面開孔，槽寬度為 80高度為 210槽中心距為 160布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)位 n=132 點(diǎn)，布液點(diǎn)示意圖如圖所示。 19 液計(jì)算 由 20/ 4 2sL d n g 取 = =160 16d 料塔附屬高度計(jì)算 上部空間高度 塔上部空間高度可取 底液相停留時(shí)間按 1慮 ,則塔釜所占空間高度為 1 21 1 . 5 1 考慮到氣相接管所占的空間高度 ,底部空間高度可取 = 塔底液體保持高度 液位高度的確定應(yīng)和布液孔徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，使各項(xiàng)參數(shù)均在適宜的尺寸范圍內(nèi)。最高液位的范圍通常在 200 500間，而布液孔的直徑在 3上， k 為孔流系數(shù)，其值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定，在雷諾數(shù)大于 1000 的情況下，可取 取布液孔直徑為 15液位高度可由下式求得。 1 9 ( 2 m 液位保持的高度由液體最大流率的最高液位決定，一般取最高液 位的 ，則 )(220)( 在 200 500 之間，符合要求。 他附屬塔內(nèi)件的選擇 本裝置的直徑較小可采用簡(jiǎn)單的進(jìn)氣分布裝置 ,同時(shí)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求嚴(yán)格 ,應(yīng)設(shè)除液沫裝置 ,為防止填料由于氣流過大而是翻 ,應(yīng)在填料上放置一個(gè)篩網(wǎng)裝置 ,0 . 504 0 . 0 1 62 20 防止填料上浮 . 體分布器 液體在填料塔頂噴淋的均勻狀況是提供塔內(nèi)氣液均勻分布的先決條件，也是使填料達(dá)到預(yù)期分離效果的保證。為此，分布器設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （ 1）、 為保證液體在塔截面上均布，顆粒型（散裝）填料的噴淋點(diǎn)數(shù)為 40 80 個(gè) /形填料自分布性能差應(yīng)取高值），此外，為減少壁流效應(yīng)，噴淋孔的分布應(yīng)使近塔壁 5 20區(qū)域內(nèi)的液體流量不超過總液量的 10。規(guī)整填料一般為 100 200 個(gè) /噴淋點(diǎn)。 （ 2）、噴淋孔徑不宜小于 2 ，以免引起堵塞，孔徑也不宜過大，否則液位高度難維持穩(wěn)定。 孔型液體分布器 多孔型液體分布器系借助孔口以上的液層靜壓或泵送壓力使液體通過小孔注入塔內(nèi)。 管式多孔分布器 根據(jù)直管液量的大小，在直管下方開 2 4 排對(duì)稱小孔，孔徑與孔數(shù)依液體的流量范圍確定，通常取孔徑 2 6 ，孔的總面積與及進(jìn)液管截面積大致相等，噴霧角根據(jù)塔徑采用 30或 45，直管安裝在填料層頂部以上約 300 。 此形分布器用于塔徑 600 800 ，對(duì)液體的均布要求不高的場(chǎng)合。根據(jù)要求，也可以采用環(huán)形管式多孔分布器。 管式多孔分布器 支管上孔徑一般為 3 5 ，孔數(shù)依噴淋點(diǎn)要求決定。支管排數(shù)、管心距及孔心距依塔徑和液體負(fù)荷調(diào)整。一般每根支管上可開 1 3 排小孔，孔中心線與垂直線的夾角可取 15、 30或 45等，取決于液流 達(dá)到填料表面時(shí)的均布狀況。主管與支管直徑由送液推動(dòng)力決定，如用液柱靜壓送液，中間垂直管和水平主管內(nèi)的流速為 s，支管流速取為 s；采用泵送液則流速可提高。 體再分布器 當(dāng)塔頂噴淋液體沿填料層下流時(shí)，存在向塔壁流動(dòng)的趨勢(shì)，導(dǎo)致壁流增加。此外，塔體傾斜、保溫不良等也會(huì)加劇壁流現(xiàn)象。 為提高塔的傳質(zhì)效果，當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過某一數(shù)值時(shí)，填料層需分段。在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集自傷以填料層來的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布。 21 料支撐 板 填料支撐板用于支撐塔填料及其所特有的氣體、液體的質(zhì)量，同時(shí)起著氣液流道及其體均布作用。故要求支撐板上氣液流動(dòng)阻力太大，將影響塔的穩(wěn)定操作甚至引起塔的液泛。 支撐板大體分為兩類，一類為氣液逆流通過的平板支撐板，板上有篩孔或?yàn)闁虐迨?；另一類斯氣體噴射型，可分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支撐板和梁式氣體噴射型支撐板。 平板型支撐板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但自由截面分率小，且因氣液流同時(shí)通過板上篩孔或柵縫，故板上存在液位頭。氣體噴射性支撐板氣液分道，即有利于氣體的均勻分配，又避免了液體在板上聚集。梁式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，裝卸方便，可提 高大于塔截面的自由截面，且允許氣液負(fù)荷較大，其應(yīng)用日益受到重視。 當(dāng)塔內(nèi)氣液負(fù)荷較大或負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動(dòng)或相互撞擊，破壞塔的正常操作甚至損壞填料，為此，一般在填料層頂部設(shè)壓板或床層限制板。 料壓板與床層限制板 填料壓板系藉自身質(zhì)量壓住填料但不致壓壞填料；限制板的質(zhì)量輕，需固定于塔壁上。一般要求壓板或限制板自由截面分率大于 70。 體進(jìn)出口裝置與排液裝置 填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對(duì) 500徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置 ，管端切成 45向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對(duì) 下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b置。 氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡(jiǎn)單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。 液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。 常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取 10 20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口氣速可取 s（必要時(shí)可加大些）管 徑依氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)定進(jìn)行圓整 . 22 結(jié)論 結(jié)果匯總表 水 (20 ) 密度 m 黏度 表面張力 408962 2610 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 合氣體的平均密度 空氣粘度 (25 ) 51 . 8 1 1 0 0 . 0 6 5 ( )P a s k g m h 0水中 ) 亨利系數(shù) 33 1 0 相平衡常數(shù) 解度系數(shù) 30 . 0 1 5 6 ( )k m o l k p a m 進(jìn)塔氣相摩爾比 塔氣相摩爾比 塔惰性氣相流量 最小液氣比 塔液相組成 塔液相組成 0 進(jìn)塔氣相組成 塔氣相組成 相質(zhì)量流量為 h 液相質(zhì)量流量 h 23 液體密度校正系數(shù) 1 泛點(diǎn)填料因子 170 泛點(diǎn)氣速 m/s 空塔氣速 m/s 塔徑 小潤濕速率 3 填料的比表面積 最小噴淋密度 10.6 23 液體 噴淋密度 23 脫吸因數(shù) 相總傳質(zhì)單元數(shù) 相總傳質(zhì)單元高度 丙稀表面張力 3327680體質(zhì)量通量 ( h) 氣體質(zhì)量通量 ( h) 氣膜吸收系數(shù) ( h液膜吸收系數(shù) h 總體積傳質(zhì)系數(shù) m3 ) 塔高